淺析軟弱圍巖隧道長錨桿支護(hù)作用體系

陳煥章

摘 要：為了滿足現(xiàn)階段隧道工程的需要，進(jìn)行軟弱圍巖隧道穩(wěn)定性的控制是必要的，這涉及到變形控制的應(yīng)用。為了做好軟弱圍巖隧道的工程工作，進(jìn)行設(shè)計理念、穩(wěn)定性判別、變形控制等的理念分析是必要的。在隧道工程中，軟弱圍巖隧道的變形控制技術(shù)、施工安全技術(shù)、造價分析、周期控制等因素是必要的分析因素。隨著時代的發(fā)展，隧道工程技術(shù)不斷進(jìn)步，其施工技術(shù)體系不斷健全，但是總的來看，其依舊存在發(fā)展中的弊端，比如缺乏必要的理論體系。在文章中，筆者通過對國內(nèi)外理論的分析，更好的進(jìn)行軟弱圍巖隧道工作的開展，結(jié)合鐵路隧道施工的特點，進(jìn)行長錨桿支護(hù)體系的健全，這可以進(jìn)行數(shù)值模擬及其典型工程現(xiàn)場試驗的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟弱圍巖；隧道；錨桿；支護(hù)體系；分部開挖

前言

在軟弱圍巖隧道工作中，鐵路工作需要注意到施工變形的特征，需要針對其施工過程的穩(wěn)定性進(jìn)行判別，保證變形控制技術(shù)的應(yīng)用，這里面涉及到多個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)應(yīng)用。這需要抓住軟弱圍巖隧道空間的變形部分。比如了解掌子的先行變形、掌子面形及其后方收斂變形等。這里面首先要進(jìn)行先行變形的影響分析，在軟弱圍巖隧道工作中，掌子面前先行變形中，拱橋的下沉收斂非常明顯。一般來說，隧道開挖之后，鐵路單線隧道主要以收斂變形為主，而鐵路雙線隧道拱頂沉降變形是相對明顯的。之所以軟弱圍巖隧道出現(xiàn)較大變形是因為圍巖自身的軟弱性及其較大的地應(yīng)力值的較大差異，在其施工過程中，中洞周圍巖塑性區(qū)的分布范圍是比較大的。

1 關(guān)于工程概況環(huán)節(jié)的分析

在文章中，筆者將以蘭渝線鐵路隧道的施工背景為前提，進(jìn)行隧道圍巖變形的長錨桿控制分析，進(jìn)行施工不同變形部分的分析。進(jìn)行隧道錨固數(shù)值的模擬，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性的剖析，進(jìn)行軟弱圍巖隧道及其長錨桿的設(shè)置優(yōu)化，更好的進(jìn)行圍巖的加固，以此進(jìn)行普通錨桿設(shè)置及其長錨桿設(shè)置的分析。

目前來說，應(yīng)用于地質(zhì)良好的巖土工程的都是錨桿，其具備非常高的支護(hù)效果。但是如果在地質(zhì)比較復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行工作，比如圍巖比較松軟破碎，高地應(yīng)力等條件下，錨桿支護(hù)會遇到非常多的麻煩，這些麻煩都需要進(jìn)行解決。這就需要進(jìn)行我國錨桿支護(hù)體系的健全，更好的進(jìn)行錨固力的提升，保證其整體支護(hù)效率的提升，不斷的進(jìn)行應(yīng)用范圍的開拓。可以說，錨桿有不同的性質(zhì)，目前比較主流的趨勢，就是進(jìn)行國內(nèi)外錨桿支護(hù)的效率提升，工作簡單程度提升。具備高阻力性質(zhì)的錨桿支護(hù)，比較適合于進(jìn)行軟巖大變形隧道應(yīng)用，這是因為其具備良好的急增阻，具備非常良好的強(qiáng)初撐，從而進(jìn)行高應(yīng)力的隧道控制，這是當(dāng)下錨桿支護(hù)發(fā)展的主流方向。

在文章中，通過對蘭渝線的鐵路隧道施工工況的研究，更好的進(jìn)行工程隧道圍巖大變形問題的分析，進(jìn)行長錨桿的變形控制，更好的進(jìn)行現(xiàn)場試驗，以此進(jìn)行模擬對比驗證工作的開展，更好的進(jìn)行軟巖大變形控制方法的優(yōu)化。

這個工程位于甘肅省的某個縣城，其隧道在某村東側(cè)山坡進(jìn)洞，其隧道具備良好的長度，是一種常見的雙線隧道，其交通具備方便性。由于其洞身的地形比較險峻，具備較大的起伏地形，其距離國道的距離很遠(yuǎn)，交通經(jīng)常不方便。這個工程位于山區(qū)。其山峰險峻，溝谷縱橫，山坡及其谷坡都比較陡峭，其隧道的洞深的埋深程度是248米，其梁頂?shù)闹脖桓采w情況良好。這條隧道經(jīng)過了不同性質(zhì)的土層。其山坡表層覆蓋有不同性質(zhì)的土壤，比如碎石土、粘質(zhì)黃土等。

2 錨固試驗施工體系的優(yōu)化

為了做好錨固長桿工作，進(jìn)行試驗施工體系的健全是必要的，這涉及到成本的投入及其施工便利性的控制，其具備良好的操作性。這就需要按照相關(guān)的制定方案進(jìn)行工作。在變形控制環(huán)節(jié)中，長錨桿是試驗的主要手段，可以沿著中線進(jìn)行對稱布置。在錨桿鉆孔過程中，可以進(jìn)行錨桿機(jī)的應(yīng)用，需要進(jìn)行不同分組試驗的協(xié)調(diào)。其第一組的錨桿長度是三米，第二組的錨桿長度是六米，第三組錨桿的長度為八米，其中錨桿的合理間距是一米。在進(jìn)行錨桿間排距試驗過程中，可以進(jìn)行錨桿間排距的加大，從而保證其加固措施的合理化。通過對不同長度的錨桿進(jìn)行不同注漿鋼管的使用，進(jìn)行鋼拱架的鎖定，這就需要配合相關(guān)的施工步驟。比如做好鉆孔快硬水泥卷配合、注漿工作、螺紋鋼鎖定鋼拱架工作等。這就需要做好相關(guān)的模擬計算及其分析工作，更好的進(jìn)行錨桿及其隧道圍巖變形控制工作的協(xié)調(diào)。

在這一過程中，我們可以按照實際工程的地質(zhì)條件進(jìn)行錨桿長度及其直徑的對比試驗?zāi)M，進(jìn)行隧道范圍及其地質(zhì)條件的計算。一般來說，隧道左右側(cè)邊界是隧道開挖洞徑的四倍左右，其上下側(cè)是隧道開挖洞徑的三倍左右。通過對地形條件自重應(yīng)力的加載分析，可以進(jìn)行圍巖等級，隧道洞身性質(zhì)等的分析。

在隧道工程中，有必要進(jìn)行單位的計算及其參數(shù)的計算。這就需要針對隧道結(jié)構(gòu)的差異性，進(jìn)行合適單元的選擇，保證其模型水平更加接近工程實際，這樣可以進(jìn)行計算精度的提升，進(jìn)行解題規(guī)模的縮短，進(jìn)行工程工期的控制。在這個環(huán)節(jié)中，我們可以利用ANSYS軟件進(jìn)行隧道的工作，在隧道開挖過程中，可以進(jìn)行二維方式的模擬，進(jìn)行不同單位的應(yīng)用。比如進(jìn)行實體單元的應(yīng)用，進(jìn)行圍巖及其挖掉的土體單位的模擬，利用用桿單元進(jìn)行隧道錨桿的模擬，通過用梁單元進(jìn)行噴射混凝土及其鋼拱架的模擬。這需要進(jìn)行相關(guān)計算參數(shù)的模擬。比如進(jìn)行噴射混凝土的模擬，進(jìn)行其厚度的控制，進(jìn)行其彈性模量的模擬，分別進(jìn)行泊松比、彈性模量、內(nèi)摩擦角等的分析。

通過對數(shù)值模擬的分析，可以更好的進(jìn)行長錨桿支護(hù)軟弱圍巖隧道方案的模擬計算，其需要針對隧道縱軸線的圍巖立面進(jìn)行研究，進(jìn)行不同方式的錨桿作用的圍巖豎向位移分布云圖的應(yīng)用，從而保證模擬開挖及其支護(hù)效果的強(qiáng)化。以ANSYS模擬開挖和支護(hù)效果，選取合理的模擬計算參數(shù)十分重要，經(jīng)多次反復(fù)調(diào)試及驗證才能獲得有效的接近工程實際的模擬云圖。

3 關(guān)于現(xiàn)場試驗工作的結(jié)論分析

在現(xiàn)場試驗環(huán)節(jié)中，需要注意針對位移控制效果進(jìn)行分析，進(jìn)行不同環(huán)節(jié)的錨桿控制最大變形量的分析，經(jīng)過一系列的分析，我們可以得到以下的觀點，在隧道工程控制變形中，進(jìn)行錨桿設(shè)置的優(yōu)化是必要的。這是因為錨桿的近端具備比較大的軸力，遠(yuǎn)端則具備比較小的軸力，并且綜合來看，拱頂軸力要大于兩側(cè)的軸力，其錨桿的軸力和隧道結(jié)構(gòu)相對比，就是對稱的。圍巖穩(wěn)定性分析。在長錨桿的作用下，由于長錨桿較強(qiáng)的錨固力作用，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，臨空面附近穩(wěn)定性較弱的巖體與深部穩(wěn)定性較好的巖體通過長錨桿連接在一起，增強(qiáng)了巖體結(jié)構(gòu)的整體作用，使得圍巖的整體性和承載能力得到了提高，圍巖的穩(wěn)定性亦顯著提高。

在現(xiàn)場試驗環(huán)節(jié)中，有必要進(jìn)行數(shù)值模擬計算控制，為軟巖的大變形控制做出一定的研究。通過對大變形隧道錨桿及其圍巖的相互作用，可以更好的進(jìn)行隧道工程的開展，這需要進(jìn)行圍巖力學(xué)特性及其隧道所處地形情況的分析。

4 結(jié)束語

通過對長錨桿的控制，更好的進(jìn)行軟弱圍巖隧道的變形控制。長錨桿能夠改變圍巖的力學(xué)特性，提高圍巖的自承能力，減少圍巖變形，保持隧道圍巖的穩(wěn)定性。針對具體地形以及隧道圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素優(yōu)化錨桿設(shè)置，對于軟弱圍巖隧道，長錨桿的設(shè)置對圍巖的加固效果優(yōu)于普通錨桿設(shè)置。

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